Усилители следящих систем

Курсовой проект

Усилители следящих систем

Выполнил: Данилов А.Е

Группа: Н 182

Введение

Расчет усилителя начинается с оконечного каскада.

Техническое задание

Потребляемая мощность обмотки управления13,5 Вт

Тип оконечного каскада выбирается по мощности, потребляемой обмоткой управления. При мощности управления более 5 Вт, оконечный каскад должен обеспечивать низкое входное сопротивление(Rвых не более 0.2Rн ), поэтому выбираем такой усилительный каскад:

896,3 Ом

Ом

здесь: Uу, Iу, Pу - напряжение, ток в ОУ и мощность, потребляемая ОУ

Rа, RL - активная и индуктивная составляющая сопротивления ОУ

мкФ

, где

ЕП - напряжение источника питания 20 В

UКэмин - минимально допустимое напряжение на транзисторе

UКэмин = (2…3)UКэнас

UКЭнас - падение напряжения на транзисторе в режиме насыщения

UЭ - падение напряжения на эмиттерном сопротивлении R12, R13

U КЭ нас = 1 В

U КЭ мин = 2 В

U Э = 0,5 Е К = 2 В

E К = 20 В

2(E К - U КЭ мин - U Э) = 44 В

В

Неравенство не выполняется, следовательно, необходим трансформатор. Для согласования с нагрузкой применяют выходной трансформатор с коэффициентом трансформации:

=0,85- к.п.д трансформатора

Выбираем транзисторы V5, V8:

Приведенное сопротивление нагрузки:

Ом

Максимальная амплитуда напряжения между коллектором и эмиттером: U КЭ макс=2ЕП=40 В

Максимальная амплитуда коллекторного тока:

А

С учетом того, что транзистор может перегреваться во время пиков мгновенной мощности, достигающей 0,5 РНП, максимальная средняя мощность, рассеиваемая в коллекторном переходе каждого транзистора:

Рmax=РНП, где

Вт

Полученным значениям UКЭ макс, IК макс, PК выберем транзистор, параметры которого удовлетворяют условиям: Pkдоп>PK, Ikдоп>Ikmax, Ukдоп>UKэmax

P kдоп = 1.5 (60) Вт - без и (с) теплоотводом,

I К доп =10 А

U К доп =60 В

Диапазон рабочих температур: -40…100 ?С

Статический коэффициент передачи тока в ОЭ

-находиться по входной характеристике транзистора при

-напряжение эмиттер-база в режиме покоя

h11э 3,6=

здесь RПС=41.6 - тепловое сопротивление переход-среда транзистора

tП=125С предельно допустимая температура перехода

tС=60С максимальная температура среды

Pk=5,4 Вт.

Т.к. неравенство не выполняется, необходим радиатор с поверхностью охлаждения:

- коэффициент теплоотдачи,

- тепловое сопротивление перехода-корпус транзистора

- тепловое сопротивление корпус-радиатор

Выбор транзисторов V4, V7

Uкэ v2 max=Uкэ v3 max=2Eк=40 В

Выбираю транзистор КТ815Б

Uкэ v2 доп=50Вт

Iк v2 доп=1,5А

Pк v2 доп=10Вт - с теплоотводом

Pк v2 доп=1Вт - без теплоотвода.

h11э 2,5=300 Ом

вmin=40

вmax=120

в25=0,5(40+120)=80

диапазон рабочих температур: от -40 до 100?С

Выбор транзисторов V3 V6:

Uкэ max=Eк(1+-=20(1+)=26,6В

где Ku=(1…3) коэффициент усиления по напряжению ОК

Iк1 max=

Pк1=Вт

По этим параметрам выбираю транзистор КТ361Д который имеет следующие характеристики.

Iк v1 доп=50мА

Uкэ v1 доп=35В

Pv1=150 мВт без теплоотвода

Диапазон рабочих температур -60…+100С

Статический коэффициент передачи тока в ОЭ

вmin=10

вmax=90

в14=40

Iб max=

Iб =A

Uэбmax=0,3В

Uэб=0,27В

h11 14 э=

Резисторы эмитерных цепей R13,R20:

Rэ=

Где Smax=

дI|=1,05…1,15 - допустимая разбалансировка коллекторных токов

дI=

PRэ=0,25I2кmax*Rэ=0,25*2,52*0,8=1,25 Вт

Выбираю резисторы С2-23-2-1Ом 5%

Остальные резисторы выбираются из условия трех-пятикратного превышения входных сопротивлений транзисторов V2, V3 и V5, V6:

R11=R18=(3…5)h11 14=5*947=4,7кОм

R12=R19=(3…5)h11 25=5*300=1,5 кОм

Выбираю резистор С2-23 560 Ом

С2-23-110 Ом

Минимальная величина R4 и R7 ограничена следующим неравенством:

R14+R155Rнп

Неравенство выполняется на резисторах R4…R7 рассеивается не более 10% выходной мощности.

Характеристики оконечного каскада

Входное сопротивление:

Нестабильность коэффициента усиления по напряжению:

, где

Мощность потребляемая оконечным каскадом от источника сигнала:

Расчет предоконечного каскада

Мощность, необходимая для управления двигателем, обеспечивается оконечным каскадом; входное сопротивление усилителя - входным каскадом. Предоконечный каскад должен обеспечить на входе расчетное значение мощности входного сигнала оконечного каскада и, что самое главное, максимальный коэффициент усиления:

Rк==10 кОм

Где, Rнп=

- амплитуда выходного сигнала

Pн- входная мощность оконечного каскада

Uкэ- напряжение коллектор - эмиттер в режиме покоя

Uкэ- допустимое температурное смещение рабочей точки

Iк min- минимально допустимое значение коллекторного тока.

гдеUКЭ1=(0,3…0,4)Eк=0,3*20=6 В

UКЭ1=(0,1…0,2)Eк =0,1*20=2 В

Uэ=(0,1…0,2)Eк=0,1*20=2В

Iк min=(0,5…1)мА= 1мА

Uкм=8-2-2=4В

Iк2=

Iк2 max=

Uкэ max=Eк=20В

Pк2=Uкэ*Iк2=6*1,97*10-3=12 мВт

Выбираю транзистор V2 КТ312Б

Uкэ=35 В

Pк=225 мВт

Iк=30 мА

Диапазон рабочих температур от -60 до +100С

вmin=25

вmax=100

в2=60

h11 э1=400 Ом

Выбор транзистора V1

=156 кОм

R14=

Iэ2=Iэ2 min+=0,77 мА, Где

Iэ2 min=(0,5…1)мА=0,75мА

P14=0,25*(Iэ2)2R14=0,4 мВт

Выбор резистора R14

C2-33- 2,7 кОм±10% P=0,125 Вт

Iк1=

Iк1 max=

Rк1=R11==5243 Ом

Выбор резистора R11

Uкэ max=Eк=20В

P11=Uкэ*Iк1=20*1,7*103=0,034 Вт

С2 - 33 - 5,6 кОм±10% P=0,125 Вт

Выбираю транзистор V2 КТ312Б

Uкэ=35 В

Pк=225 мВт

Iк=30 мА

Диапазон рабочих температур от -60 до +100С

вmin=25

вmax=100

в2=60

h11 э1=400 Ом

Коэффициент трансформации согласующего трансформатора:

Rн=Rвх сопротивление последующего каскада

n=

где W2 - число витков вторичной обмотки

W1 - число витков первичной обмотки

Расчет элементов в цепи смещения:

Rэ=R12+R13=

где

Uэб1=-2T мВ=-2*80*10-3=0,16В

Iк0

Rб7,6 кОм

Rб удволетворяет

R9=

P9=

Выбираю С2-33 470 кОм±10% P=0,125 Вт

R10=

P10=

Выбираю С2-33 51 кОм±10% P=0,125 Вт

Рассмотрим стабилизацию коэффициента усиления по напряжению введением ООС по переменному току. Зададимся нестабильностью коэффициента усиления каждого каскада равным kU = 0.05, тогда требуемый коэффициент стабилизации , где - относительный разброс коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ

тогда

Rос=R12=

P12=R12=(1,7*=0,7 мВт

Выбираю R12 C2-33-240Ом±10% P=0,125Вт

R13=Rэ-R12=1,2кОм-240Ом=960 Ом

P13=R13=(1,7*

Выбираю R13 C2-33-1кОм±10% P=0,125Вт

коэффициент усиления по напряжению каскада охваченного ОС

Ом

Ом

Расчет входного каскада

, где S = 0.005 В

S - чувствительность

Для обеспечения заданного КUОУ и входного сопротивления необходимо выбрать входной каскад на ОУ.

Но так как питание усилителя однополярное, а ОУ требует двухполярного питания, то используем схему с параметрическим стабилизатором.

Основные параметры К140УД7:

В;

;

Ом;

mA.

Ом

Ом

Ом

Выбор трансформатора обуславливается передаваемой мощностью, коэффициентом трансформации и индуктивностью первичной обмотки, необходимо, так же, принимать во внимание, что действующие значения напряжений на обмотках должны быть меньше паспортных, а для реализации необходимого КПД, сопротивления обмоток должны быть меньше расчетных.

, пусть С = 0,122 рад, тогда

мГн

Ом

С1-К53-18-16В-220 мкФ

C2- К53-18-16В-220 мкФ

C3-К53-4А-16В-150 мкФ

С4 - К73-17 1 мкФ х 400В ±5%

1). Логинов А.В. "Усилители следящих систем", учебное пособие по курсовому проектированию,1981г.

2.) Логинов А.В "Аналоговые усилительно-преобразовательные устройства", учебное пособие,2008.

3). И.И.Четвертков, В.М. Терехов, "Резисторы" справочник,1991

4). Справочник по электрическим конденсаторам под ред. И.И.Четветкова и В.Ф.Смирнова,1983

5). В.Ф. Лярский, О.Б.Мурадян, "Электрические соединители",справочник,1988

6). С.Т. Усатенко, Т.К. Каченюк, М.В.Терехова "Выполнение электрических схем по ЕСКД",справочник,1989.

7).Н.Н.Горюнов "Полупроводниковые приборы: транзисторы",справочник,1985

8).Б.Л.Перельман "Транзисторы для аппаратуры широкого применения",справочник,1981

9). А.В. Голомедов "Мощные полупроводниковые приборы: транзисторы",справочник,1985